Cinemática

É a parte da física[bb] que estuda a descrição dos movimentos sem preocupar-se com suas explicações. A ideia mais importante é que toda descrição de movimentos depende do observador/referencial. Assim, observadores em referenciais diferentes farão descrições diferentes de um mesmo movimento.

Referencial: É um meio físico ligado a um sistema de coordenadas em relação ao qual o movimento é estudado.

OBS: Embora as descrições dos movimentos dependam do referencial, as explicações do movimento são independentes do Referencial. De um modo geral as Leis da Física[bb] são invariantes em relação aos referenciais. Dito de outra forma, as Leis da Física são independentes do Referencial. Logo é fisicamente incorreto dizer que tudo depende do referencial!

Posição

É a localização de um móvel (corpo) num certo referencial. Estritamente falando, a posição é um vetor: Vetor Posição conforme figura abaixo:

Vetor Posição

Vetor Posição

Em cursos introdutórios de física (ensino básico) costumamos estudar movimentos onde a trajetória é previamente conhecida (movimentos unidimensionais). Neste caso particular, a direção do movimento não é importante apenas o módulo e o sentido.

Podemos então considerar as grandezas cinemáticas como escalares.

A figura abaixo ilustra a ideia de uma posição escalar (espaço escalar):

Posição Escalar

Posição Escalar

Exemplos

Quando você precisa passar sua posição num voo de helicóptero (por exemplo), você precisa indicar suas três coordenadas[bb] espaciais (latitude, longitude e altitude). Neste caso sua posição é representada matematicamente por um vetor!

Se você está viajando numa rodovia, basta indicar em que Km da rodovia você se encontra para passar a sua posição. Neste caso sua posição é representada matematicamente por um escalar.

Clicando aqui você poderá ver uma simulação do movimento de um projétil e observar os vetores posição do projétil em vários pontos da trajetória.

Velocidade

É a grandeza física que mede a rapidez com que um móvel muda de posição num certo referencial. Da definição segue que:

  • A velocidade depende do referencial;
  • Estritamente falando, velocidade é um vetor (caso geral de movimentos no espaço);
  • Em movimentos unidimensionais, pode ser tratada como escalar! Mas este é um caso particular!

Matematicamente, a velocidade escalar (média) pode ser calculada pela expressão:

V = \frac{\Delta s}{\Delta t}=\frac{S-S_{0}}{t-t_{0}}

Onde:
S = indica posição.
t = indica tempo
\Delta = indica variação

Velocidade escalar

OBS1: O subscrito “o” numa variável indica inicial. Exemplo:S_0 indica posição inicial!

OBS2: Se \Delta t tende para zero, isto é, é o mais próximo que se queira de zero sem ser zero. Então estamos tratando de uma velocidade instantânea. A velocidade instantânea é simplesmente a velocidade de um móvel num certo instante. Ainda que a sua determinação matemática implique no conceito de valores infinitesimalmente pequenos de tempo!

Aceleração

É a grandeza física que mede a rapidez com que um móvel muda de velocidade num certo referencial. Da definição segue que:

  • A aceleração depende do referencial;
  • Estritamente falando, aceleração é um vetor (caso geral de movimentos no espaço);
  • Em movimentos unidimensionais, pode ser tratada como escalar! Mas este é um caso particular!

Matematicamente, a aceleração escalar (média) pode ser calculada pela expressão:

a = \frac{\Delta v}{\Delta t}=\frac{v-v_{0}}{t-t_{0}}

Onde:
v = indica velocidade (Instantânea).
t = indica tempo
\Delta = indica variação

Aceleração Escalar

Aceleração Escalar

OBS1: O subscrito “o” numa variável indica inicial. Exemplo:S_0 indica posição inicial!

OBS2: Se \Delta t tende para zero, isto é, é o mais próximo que se queira de zero sem ser zero. Então estamos tratando de uma aceleração instantânea. A aceleração instantânea é simplesmente a aceleração de um móvel num certo instante. Ainda que a sua determinação matemática implique no conceito de valores infinitesimalmente pequenos de tempo!

Trajetória

É o lugar geométrico ocupado pelo móvel ao longo do seu movimento. Seu “rastro” no espaço visto por um certo observador. Logo a trajetória depende do observador/referencial.

Um exemplo desta ideia pode ser vista nesta questão da prova da UERJ/2009.

Dúvidas? Use os comentários para perguntar!